The ultrasonic medical imaging system is one of the most widely used diagnostic tools in modern medicine due to its advantages such as safety, low cost, providing real-time imaging, etc. However in spite of active research of the investigators, the resolution of this system is still not quite satisfactory, and more improvements are needed. The resolution of this system is generally dominated by the focusing capability, and this thesis is mainly concerned with the electronic focusing technology of the ultrasound.
In this thesis, first, we propose a modified focused field expression for linear full-aperture array transducer. This representation is proven to be more accurate than that using the Frounhoffer approximation through the computer simulation.
Second, in order to improve the resolution of the ultrasonic medical imaging system, we try to employ the synthetic focusing method which is well known to have excellent resolution in the field of radar or NDT (Non-Destructive Testing). Direct adaptation of the synthetic focusing makes many unwanted problems including high grating lobe level and low SNR problem. In order to solve the grating lobe problem, we propose new synthetic focusing schemes the performances of which are varified through computer simulations and experiments. And we show through the experiments that the SNR problem can be solved using the chirp (linear FM) signal even if the medium is dispersive.
Last, we propose an accurate focusing delay computation algorithm. Up to now, no attempt have been reported to compute the focusing delay in real time because it seems to need very complicated arithmetic hardware. However, the proposed algorithm requires very simple hardware. The proposed algorithm is extremely useful in the design of focusing VLSI. The performance of the proposed algorithm is verified through the computer simulation.
초음파진단장치는 그 장점들로 인하여 현대의학에서 거의 필수적인 진단기기가 되었다. 그 대표적인 장점으로는 안전성, 경제성, 실시간 영상화 능력 등을 들 수 있다. 그러나, 이러한 장점의 반면에, 많은 연구자들의 지속적인 노력에도 불구하고 초음파 진단기의 영상은 그 해상도에 있어서는 만족스럽지 못한 부분이 여전히 존재하고, 개선의 여지가 존재한다. 본 논문은 주로 이러한 초음파진단기의 해상도를 향상시키기 위한 초음파 빔의 전자적인 집속기술에 관련되어있다.
본 논문에서는, 첫째로, 선형배열변환기에서 전구경을 사용하였을 경우의 장응답을 표현하는 수식은, 기존의 경우, 즉 구경의 일부분만을 사용하였을 때에 적용되는 프라운호퍼 근사식으로는 오차가 매우 큼을 보였고, 이러한 전구경의 경우 보다 정확히 그 장응답을 표현하는 수식을 제시하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 그 정밀성을 확인하였다.
둘째로, 초음파진단기의 해상도를 향상시키기 위하여, 레이다, 비파괴검사, 또는 수중음파탐지기 등의 분야에서 개발되어 그 우수한 성능이 널리 알려져 있는 합성집속방법을 도입하였고, 이 때에 발생하는 문제들을 해결하고자 하였다. 그 문제들 중 대표적인 것으로 그레이팅 로브 문제, 신호대잡음비 문제 등을 본 논문에서 해결하였다. 이러한 결과로서 기존의 초음파진단장치에 비해 매우 우수한 해상도를 갖는 집속기술을 개발하였으며, 개발된 방법의 우수성은 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험을 통하여 잘 확인되었다.
셋째로, 매우 정밀한 실시간 집속지연량 계산 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 동적집속을 디지탈 회로로 구현한 디지탈 집속장치에서 그 하드웨어를 집적회로화하여 시스템의 복잡도를 대폭 줄이고자 할 때에 걸림돌이 되던 집속지연량 저장을 위한 기억장치의 필요성을 간단한 하드웨어만을 가지고도 거의 대부분 해소할 수 있을 뿐 아니라 모든 스캔라인의 모든 점에 정밀한 집속을 할 수 있으므로, 그러한 집적회로를 설계할 경우 매우 효과적으로 응용될 수 있는 알고리즘이라 할 수 있고, 그러한 집적회로는 시스템의 복잡성을 대폭 줄이면서도 해상도를 대폭 향상시킬 수 있다. 제안된 알고리즘은 컴퓨터 그래픽스 분야에서 널리 쓰이고 있는 드로잉 알고리즘 중의 하나인 미드포인트 알고리즘을 집속지연량 계산에 응용한 것이다. 제안된 알고리즘의 유용성은 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 잘 확인되었으며, 이 알고리즘을 도입한 새로운 개념의 집속을 위한 집적회로 칩이 현재 거의 개발이 완료되어가고 있다.
